DE58121C - Verfahren und Apparat zur Darstellung von Alkalimetall aus Aetzalkalien mittelst Elektrolyse - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Natrium und Kalium aus Aetznatron oder Aetzkali ohne Destillation, wodurch die Herstellungskosten wesentlich vermindert werden.

Das Verfahren besteht kurz gefafst darin, dafs geschmolzenes Aetzkali, welches auf einer niedrigen Temperatur erhalten wird, der zersetzenden Einwirkung des elektrischen Stromes ausgesetzt wird, wobei geeignete Apparate vorgesehen sind, um das abgeschiedene Metall zu sammeln. Im Jahre 1808 elektrolysirte bereits Sir Humphrey Davy Aetznatron und erzeugte Alkalimetall in geringer Menge; die bei diesem Versuch beobachtete Methode ermöglicht indessen keinesfalls die gewerbliche Herstellung des Metalles, während andererseits vom Erfinder angenommen wird, dafs es vor der vorliegenden Erfindung nicht bekannt gewesen ist, dafs nur unter gewissen Temperäturbedingungen die Elektrolyse ausgeführt werden könne, da nicht hat ermittelt werden können, dafs vorher ein Verfahren zur gewerblichen Herstellung von Alkalimetallen entweder durch chemische oder elektrische Mittel in Vorschlag gebracht worden ist, welches nicht die Anwendung einer Temperatur einschlofs, die ausreicht, die Destillation des Metalles mit Sicherheit eintreten zu lassen. Alle diese Verfahren sind mehr oder weniger wegen des Metallverlustes und der infolge der nothwendigerweise anzuwendenden hohen Temperatur eintretenden Abnutzung und des Angriffes der Apparate praktisch unbrauchbar.

Versuche haben den Beweis geliefert, dafs zur Sicherung irgend eines praktisch wertvollen Ergebnisses aus der Elektrolyse von Aetznatron oder Kali es absolut nothwendig ist, dafs die Temperatur so' niedrig als möglich gehalten, dabei aber die flüssige Beschaffenheit des Elektrolytes gesichert wird. Bei Temperaturen, die den Schmelzpunkten entsprechen, absorbirt sowohl Aetznatron wie Aetzkali, während sie der Elektrolyse'ausgesetzt werden, bis zu einem gewissen Grade sowohl das Alkalimetall, wie Sauerstoff, und selbst schon bei geringen Temperaturerhöhungen nimmt dieses Absorptionsvermögen schnell zu und wird schliefslich bei einer höheren Temperatur so grofs, dafs die Producte der Elektrolyse ebenso schnell absorbirt werden, als sie sich bilden, so dafs praktisch eine Zersetzung nicht erhalten wird. Auf diese Weise ist ermittelt worden, dafs zur Erzielung eines praktisch brauchbaren Ergebnisses solche Mittel angewendet werden müssen, die eine constante und niedrige Temperatur sichern, während gleichzeitig die durch die Zersetzung gebildeten Elemente Gelegenheit erhalten müssen, zu entweichen oder der absorbirenden Kraft des Elektrolytes so schnell als möglich entzogen werden müssen. Bei Ausführung der vorliegenden Erfindung tritt ein nennenswerther Materialverlust nicht ein und die Abnutzung des Apparates ist nur gering.

Beiliegende Zeichnung veranschaulicht einen Apparat in Schnittdarstellung, wie er zur Ausführung der Erfindung Anwendung finden kann.

Dieser Apparat besteht aus einem eisernen Kessel oder Behälter A, der in geeigneter Weise in Mauerwerk R eingebaut ist, so dafs die

durch die Gasbrenner G erzeugte Wärme gut vertheilt werden kann. Der Kessel A ist mit einem oder mehreren Bodenrohren oder Ansätzen B versehen, welche die negativen Elektroden H aufzunehmen vermögen, die zweckmä'fsig aus Metall bestehen und nach oben in den Kessel treten. Unmittelbar über dieser Kathode ist ein eiserner Behälter oder ein Kessel C aufgehängt, der an seinem oberen Ende mit einem Deckel N versehen ist, während an den unteren Kanten eine Gaze M aus Eisendraht befestigt ist, die nach Anbringung des Behälters C in seiner Lage die Kathode vollständig umschliefst. Die positiven Elektroden F werden zweckmäfsig aus solchem Metall hergestellt, welches der corrodirenden Wirkung der entwickelten Gase widersteht; diese Elektroden F bilden entweder einen Theil des Deckels des Kessels A oder können an denselben angebolzt sein und erhalten eine derartige Lage, dafs, wenn der Deckel eingestellt ist, die Elektroden eine passende Entfernung von der Gaze M haben und dieselbe direct umschliefsen. Elektrische Verbindung wird zwischen dem Deckel und dem positiven Pol der Dynamo durch die Verbindung J erzielt und durch die Verbindung L der negative Pol an H angeschlossen. Der Deckel ist mit einer Oeffnung P für den Austritt von Gasen versehen, welche durch die Elektrolyse erzeugt werden; diese Oeffnung dient auch zur Einführung eines Thermometers oder eines anderen Wärmeanzeigers. Die Stellen 5 S sind durch Asbest oder ein anderes isolirendes Mittel isolirt. Die Gröfse und Entfernung der Elektroden von einander wird nach der Menge des zuzuführenden Stromes bemessen. Sollten' die Elektroden eine gröfsere Oberfläche, als thatsächlich erforderlich ist, haben, so werden die an jeder Elektrode freigesetzten Elemente dem absorbirenden Alkali in gröfserem Mafse, als nothwendig ist, ausgesetzt, und ein Theil der elektrischen Wirkung geht infolge der Absorption und Wiedervereinigung der Elemente verloren. Sollten die Elektroden zu klein sein, so wird der Widerstand in dem Mafse erhöht, dafs das Bad zu heifs wird, und zwar gerade an den Stellen, wo eine zu hohe Temperatur sehr schädlich ist.

Wenn ein passender elektrischer Strom durch das geschmolzene Aetzalkali E streichen gelassen wird, welches auf einer sehr niedrigen Temperatur erhalten wird, so wird das in dem Aetzalkali enthaltene Wasser zersetzt und in seine Elemente, Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt , die beziehentlich an der negativen und positiven Elektrode abgegeben werden, wobei Sauerstoff oder ein Gemisch von Sauerstoff und Wasser an dem positiven Pol abgegeben wird, während das Alkalimetall und Wasserstoff oder das Alkalimetall allein an dem negativen Pol abgegeben werden. In dem beschriebenen Apparat steigt das Alkalimetall (welches viel leichter als das Aetzalkali ist) zusammen mit dem Wasserstoff von der negativen Elektrode hoch und gelangt in den Behälter C, wobei der Wasserstoff um die Kanten des Deckels JV herum austritt, während die Menge des geschmolzenen Metalles dauernd zunimmt. Von Zeit zu Zeit wird dieses angesammelte Metall D mittelst eines grofsen, mit feinen Löchern versehenen Löffels entfernt. Die Löcher lassen das geschmolzene Aetzalkali austreten, während das Metall in dem Löffel verbleibt. Dem Bad wird von Zeit zu Zeit Aetzalkali zugesetzt, um das entfernte Metall zu ersetzen; auf diese Weise kann das Verfahren ohne eine kostspielige gröfsere Anlage und in ökonomischer Weise continuirlich durchgeführt werden.

Wie vorher erwähnt, folgt jeder Temperaturzunahme ein entsprechender Verlust an Product und ein Verlust zugleich an elektrischer Energie; es ist indessen möglich, den elektrischen Strom und die Menge des das Elektrolyt bildenden Aetzalkalis so zu regeln, dafs die richtige Temperatur in einem vorher geschmolzenen Bad ohne ä'ufsere Erhitzung oder selbst durch eine Stromvermehrung zur Schmelzung des Bades aufrecht erhalten wird, worauf die Strommenge vermindert wird, bis die Arbeitstemperatur erreicht ist; oder wenn starke Ströme in Anwendung kommen, können das Bad und die Elektroden durch Luft- oder Wassercirculation künstlich gekühlt werden.

Die Kathode kann in dem Ansatz B mittelst geschmolzenen Aetzalkalis K entsprechend befestigt werden, das vor dem Anfangen des Processes erhärten gelassen wird.

Um eine entsprechende Ausbeute an Alkalimetall für den angewendeten Strom zu sichern, ist es nothwendig, dafs die Temperatur des Elektrolytes nicht über 20⁰ C. der entsprechenden Schmelzpunkte des angewendeten Aetzalkalis steigen gelassen wird, d. h. bei Behandlung von Aetznatron, welches einen Schmelzpunkt von etwa 310⁰ C. hat, sollte für das Elektrolyt die Temperatur unter 330⁰ C. erhalten werden. Dasselbe ist für das Aetzkali oder eine Mischung beider Hydrate zu beobachten, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Aetzkali oder Aetznatron allein hat.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zur Darstellung von Alkalimetallen , darin bestehend, dafs das Aetzalkali, während dasselbe constant auf einer Temperatur erhalten wird, die nicht mehr als um 20° C. über dem bezüglichen Schmelzpunkt liegt, der Einwirkung des elektrischen Stromes unterworfen wird.
2. 2. Bei Apparaten zur Ausführung des im ersten Patent-Anspruch angegebenen Verfahrens die Combination der beiden Elektroden (H F) mit einem zwischengelegten Sieb (M) und einem Gefäfs (C), das zur Aufnahme des reducirten Metalles (D) geeignet ist, wobei die wirksame Oberfläche der Elektroden und ihre Entfernung von einander nach der angewendeten Strommenge bemessen wird, so dafs das Bad auf einer constanten Temperatur erhalten werden kann.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen